PLC (POWER LINE COMUNICATION)

DAVID MAURICIO ECHEVERRI RIQUETH VICTOR HUGO MADERA MARTINEZ

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERA

DEPARTAMENTO DE ELECTRNICA MEDELLN

2008

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INTRODUCCIN

El concepto de Comunicaciones sobre Lneas de Potencia viene del ingls Power Line Communications (PLC), que se conoce tambin en Estados Unidos como BPL (Broadband Power Line) o DPL (Digital Power Line) nombre genrico de telecomunicaciones sobre el segmento de baja tensin (mbito domstico) de las redes elctricas. Este sistema puede ser usado para proveer servicios de telecomunicacin como: Internet de banda ancha, Voz sobre IP (VoIP), video y audio por demanda, servicios de valor agregado como la AMR (Automatic Meter Reading) para medicin de servicios pblicos (agua, gas, luz, etc), distribucin automtica DSM (Deman Side Management) como el control remoto y mantenimiento del alumbrado pblico, acceso remoto a edificios inteligentes y adquisicin de datos, entre otros. La tecnologa existente y los desarrollos logrados en tecnologa de comunicaciones sobre lneas de potencia, la convierten en una de las nuevas alternativas de acceso para servicios de banda ancha. Las pruebas realizadas en todo el mundo han demostrado la viabilidad de esta tecnologa para cumplir con tales objetivos, convirtindose en una interesante oportunidad de negocio para las empresas distribuidoras de electricidad. La tecnologa PLC es simplemente un conjunto de elementos y sistemas de transmisin que, basndose en una infraestructura de transporte y distribucin elctrica clsica, permite ofrecer a los clientes servicios clsicos de un operador de telecomunicaciones, abriendo la posibilidad de ofrecer servicios de Internet, transmisin de datos a alta velocidad y hasta telefona IP. Una forma de prestar el servicio de comunicacin por PLC es utilizando redes hibridas, ya sea PLC-Fibra ptica, PLC-Satlite y PLC-Wifi. Estas conexiones hibridas permiten tener redes ms econmicas, ya que combinan tramos de la red con tecnologas que se adapten mejor a las caractersticas de la infraestructura de distribucin. Esto permite obtener redes de menor costo, con caractersticas similares a redes con tecnologa no hibrida. A pesar de estos beneficios y que algunas de estas tecnologas hbridas permiten una solucin econmica para zonas rurales, se contempla hasta el momento una distribucin totalmente por la red elctrica, utilizando todos los beneficios y caractersticas de la transmisin por medio de las lneas de bajo y medio voltaje. La nica conexin que se contempla con otra tecnologa es en el tramo de red que conecta a la central de transmisin de datos para el suministro de servicios de Internet, utilizando fibra ptica. Ahora y luego de percatarse del posible uso que se le puede dar a la lnea elctrica como canal de comunicacin, surge una serie de inconvenientes que se deben sortear para emplearla eficientemente y transmitir informacin a travs suyo con la certeza de que los datos transmitidos lleguen a su destino. Estos inconvenientes surgen ya que la red elctrica no fue diseada

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para la comunicacin de datos, por lo cual se presentan problemas tales como desacoples de impedancia, las cuales producen reflexiones, la atenuacin de la lnea elctrica se incrementa con la distancia y con la frecuencia, su impedancia vara con el tiempo en un rango muy grande, segn estn o no conectados ciertos aparatos elctricos, no es un sistema lineal e invariante en el tiempo, lo que aade ms dificultad a su uso y complica su caracterizacin respecto a atenuacin, ruido y distorsin, la gran variedad de dispositivos que pueden estar conectados hace que el ruido introducido por estos sea muy variado. Adems, la red elctrica del hogar no est diseada para trasmitir seales a alta frecuencia, por lo que al hacerlo se convierte en una fuente de ruido que hay que limitar. Con el fin de sortear este tipo de inconvenientes, PLC hace uso de esquemas de modulacin robustos que permitan transmitir la informacin sin que esta se vea afectada por las condiciones adversas que presenta la lnea elctrica. El principal esquema empleado por PLC es OFDM, el cual mas que ser un esquema de modulacin es una tcnica que combina mltiplexacin y modulacin, que emplea el principio de ortogonalidad de las seales para hacer un uso mucho mas eficiente del espectro electromagntico y disminuir los efectos dainos producidos por la multitrayectoria, la cual se presenta con mucha frecuencia en los sistemas PLC debido a los desacoples de impedancia en la lnea.

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1. RED DE DISTRIBUCIN ELCTRICA

El sistema de suministro elctrico comprende el conjunto de medios y elementos tiles para la generacin, el transporte y la distribucin de la energa elctrica. Este conjunto est dotado de mecanismos de control, seguridad y proteccin.

Constituye un sistema integrado que adems de disponer de sistemas de control distribuido, est regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una explotacin racional de los recursos de generacin y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.

1.1 SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA (SEP) Un Sistema Elctrico de Potencia (SEP) es el conjunto de centrales generadoras, de lneas de transmisin interconectadas entre s y de sistemas de distribucin esenciales para el consumo de energa elctrica. El Sistema Elctrico de Potencia (SEP) est formado por tres partes principales: generacin, transmisin y distribucin. Generacin. Comprende el como se genera energa elctrica. Esta puede ser generada por centrales elctricas de tipo hidrulica, trmica, elica, termo nuclear, etc. Transmisin y Subtransmisin. Comprende todos los elementos que se necesitan para transmitir la potencia, desde los puntos de generacin hasta los centros de carga a una tensin superior o igual a doscientos treinta mil voltios (230 KV). Comprende las subestaciones, lneas de transmisin, transformadores, etc. Se debe de tener presente que se debe involucrar los diferentes sistemas de interconexin. La Subtransmisin es la transmisin que se realiza a una tensin de ciento quince mil voltios (115 KV). Involucra subestaciones, lneas de transmisin, transformadores, etc. Distribucin. Es la que se realiza a una tensin inferior a ciento quince mil voltios (115 KV). Comprende subestaciones de reduccin, transformadores, lneas, etc. Otros aspectos a tener en cuenta que forman el sistema elctrico son: Transporte. Subestaciones Centros de Transformacin Instalacin de Enlace

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En la figura 1.1, se pueden observar en un diagrama esquematizado los distintos componentes del sistema de suministro elctrico mencionados.

Figura 1.1. Diagrama esquematizado del Sistema de suministro elctrico 1.2 RED DE DISTRIBUCIN ELCTRICA En la Figura 1.2 se esquematiza la estructura de una red elctrica.

Figura 1.2 Modelo de referencia de la red de distribucin elctrica En ella se pueden distinguir cuatro segmentos de inters: Red de Alto Voltaje: Transporta la energa desde los centros de generacin hasta las grandes reas de consumo. Las distancias de transporte son grandes, lo que implica altos voltajes (110Kv 380Kv) para minimizar las prdidas (una regin, un pas, entre pases).

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Red de Medio Voltaje: Distribuye la energa dentro de un rea de consumo determinada (una ciudad, una comarca). Est en el rango de 10Kv a 30Kv. Red de Bajo Voltaje: Distribuye la energa a los locales de usuario final, a los voltajes de utilizacin final (110V-220V-380V). Red de Distribucin Domstica: Comprende el cableado de energa y las tomas dentro de los locales del usuario final.

1.3 Elementos de un Sistema de Distribucin. Entre los principales elementos que conforman un sistema de distribucin elctrico se encuentran los siguientes: Alimentadores Primarios de Distribucin: Llevan la energa elctrica

desde las subestaciones de potencia hasta los transformadores de distribucin.

Transformadores de Distribucin: Equipos encargados de cambiar la tensin primaria a un valor menor de tal manera que el usuario pueda utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas.

Alimentadores Secundarios: Distribuyen la energa desde los transformadores de distribucin hasta las acometidas a los usuarios.

Acometidas: Son las partes que ligan al sistema de distribucin de la empresa suministradora con las instalaciones del usuario.

1.4 REDES ELCTRICAS EN COLOMBIA En Colombia, tenemos un sistema bifsico, 220Voltios entre las fases, las cargas tpicas son conectadas entre la fase y cero (110V). Cargas pesadas son conectadas entre dos fases. Frecuencia de operacin 60 Hz. Por lo general se conectan de 5 a 20 casas a un solo transformador de distribucin en una ciudad (casas prximas a los transformadores de distribucin). Es importante tener presente que la red elctrica no ha sido diseada para transportar informacin que requiera cierto ancho de banda; de hecho es un medio muy hostil ya que es un canal con una respuesta en frecuencia muy variable, tanto de lugar a lugar, como en el tiempo (horas de mayor consumo elctrico) y adems de ser muy ruidoso, por la gran diversidad de cargas conectadas. Sin embargo el procesamiento digital de seales actualmente permite la transmisin de considerables anchos de banda a travs de este medio. La banda de frecuencias aprovechable se extiende desde los KHz hasta los Mhz. Los tendidos de energa no toman precauciones en cuanto a la radiacin (ni a la recepcin a estas frecuencias) que coinciden con bandas de radio de uso pblico, estos aspectos constituyen uno de los campos donde se est regulando ms intensamente para permitir la coexistencia de estos servicios.

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2. SISTEMA PLC 2.1 HISTORIA DEL PLC Aunque la transmisin de informacin por las lneas de energa elctrica, es explorada y utilizada de forma limitada desde hace aos, podemos considerar que la nueva era de esta tecnologa se dispara en otoo de 1997 con el anuncio de Norweb de sus experiencias en el Reino Unido, en las que se suministraba acceso a Internet a un segmento de baja tensin de unos 200 abonados. La potencialidad de la tcnica caus un enorme revuelo y varios suministradores de equipos de telecomunicacin se lanzaron a realizar pruebas de campo de sus tecnologas en el rea (particularmente Siemens y Ascom). A finales del 2000, Siemens tambin detuvo sus desarrollos en esta tecnologa, alegando la inestabilidad de la regulacin y su lento despegue. Es interesante notar que las primeras aplicaciones de PLC se remontan hace ms de veinte aos en aplicaciones de banda estrecha, con velocidades de transmisin de unos pocos kbit/s, siendo su aplicacin objetivo la lectura automtica de contadores, deteccin y localizacin de averas y, en algunos casos, control de carga. La nueva generacin de PLC, de banda ancha, tiene entre sus aplicaciones no slo dar servicios de telecomunicaciones a los usuarios finales, sino tambin soportar este tipo de aplicaciones de operacin de la red de energa y, de hecho, se consideran un factor que en ocasiones puede resultar determinante cuando se realizan los estudios de rentabilidad de estas redes. Se utilizaban pues, las lneas de alta tensin para transmitir datos, con unas velocidades muy pequeas, pero suficientes para el telecontrol. Lo realmente novedoso es que los equipos de investigacin hayan logrado recientemente tasas de hasta 3 Mbps mediante un nuevo chip, con lo que se ha despertado otra vez la posibilidad de ofrecer informacin a alta velocidad a travs de la red elctrica. Es tambin interesante resear un caso que representa las expectativas que levanta la posibilidad de transmitir informacin a travs de las lneas de energa, a veces ms all de lo que se puede considerar razonable, como es el de Mediafusion, iniciativa que anunciaba la posibilidad de transmitir a velocidades de 2,5 Gbit/s. Mediafusion proclamaba que tena una solucin novedosa patentada, consistente en transmitir la informacin guiada en los campos magnticos producidos por las lneas de energa, que se modulaban mediante mser, con alcance mundial, es decir, que, por ejemplo, desde un punto en EE.UU. se poda dar servicio a usuarios en Europa. Mediafusion tena una pgina web donde estableca estos principios y solicitaba inversores, pero tambin ha cesado en sus actividades. En la actualidad los principales suministradores europeos de estos equipos fueron Siemens y Ascom (Suiza).

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2.2 ESTRUTURA BSICA DE UNA RED PLC En la figura 2.1 podemos apreciar como es la estructura general de una Red PLC. Esta figura ilustra los segmentos de bajo voltaje y de distribucin domstica de una red PLC.

Figura 2.1. Segmentos de baja tensin y red domstica

Comenzando por la red de distribucin domstica, que es donde ms despliegue real de telecomunicaciones sobre lneas de energa existe, actualmente el objetivo es convertir el cableado de distribucin domstico en una red de rea local, siendo cada enchufe un punto de acceso a esta red. Constituye un gran atractivo el no tener que instalar nuevo cableado para aplicaciones de telecomunicacin, as como la posibilidad de controlar dispositivos elctricos por el mismo enchufe que proporciona la energa. El segmento de distribucin domstica tiene caractersticas del medio muy similares a los de la primera milla, pero aliviadas por las dimensiones: la distancia a cubrir es menor (del orden de 50m), el nmero de ramas tambin es menor y ms corto. En cualquier caso sigue siendo un medio hostil, no diseado para el transporte de informacin que requiera un gran ancho de banda. Por ello, la tendencia en la actualidad es: Reutilizar la misma tecnologa en los segmentos de bajo voltaje y de distribucin domstica con el objetivo de conseguir economas de escala. Aunque la pasarela del hogar de la Figura 2.1 puede adaptar, por ejemplo, de un acceso ADSL a un PLC dentro del hogar o, inversamente, de un PLC en el segmento de bajo voltaje a una interfaz Ethernet en el hogar, lo ms atractivo es que la pasarela sea de PLC a PLC, haciendo efectivo el eslogan: un acceso a las comunicaciones en cada enchufe. Esto requiere compatibilidad espectral entre los sistemas PLC de bajo voltaje y domstico. Por ello existen propuestas de dividir el espectro entre 1 MHz y 30 MHz en bandas de 10 MHz, asignando

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las bandas superiores para uso domstico (menores distancia que admiten las mayores atenuaciones en esta banda) y las inferiores para uso en el acceso (ver Figura 2.2).

Figura 2.2. Asignacin del espectro en PLC

Obsrvese que la banda media puede asignarse indistintamente para acceso o dentro del hogar. Se est proponiendo que los sistemas de hogar detecten automticamente la presencia o no de un sistema de acceso en esa banda, de forma que la puedan ocupar en caso de que est libre y aumentar as sus prestaciones. Esto ha hecho que desde hace tiempo existan tecnologas en el mercado para este segmento basados en el estndar X-10 y en tecnologa Echelon. Al considerar las soluciones PLC totales, la distribucin utilizando la red interna de los usuarios constituye una gran ventaja competitiva en comparacin con soluciones alternativas. El eslogan Convierta cada enchufe de su casa en un punto de acceso a Internet demuestra un gran atractivo para los usuarios, aunque algunos analistas opinan, por el contrario, que tener el acceso a las telecomunicaciones en un punto que da calambre puede constituir una barrera sicolgica. En la actualidad se ha formado un grupo de inters especial denominado HomePlug que ha editado una especificacin para estas redes. Las redes de bajo y medio voltaje pueden considerarse conjuntamente, ya que las soluciones adoptadas abarcan ambas redes. La red de bajo voltaje constituye lo que en el dominio de las telecomunicaciones se ha dado en llamar la ltima milla; se extiende desde el transformador de media a baja tensin hasta los contadores de los abonados. Cabe sealar aqu caractersticas importantes de este tramo de la red: - Varios abonados estn conectados a la misma fase; es decir, la red elctrica desde un punto de vista de transmisin de la informacin es un medio compartido. - El nmero de abonados que son servidos desde un transformador de media a baja, y que constituye un punto candidato para inyectar las seales de telecomunicaciones, vara ampliamente de pas a pas. En Europa la media est en unos 150 abonados, en China en unos 250, mientras que en EE.UU. la media es de slo 15 y en Brasil de unos 20. Esto tiene serias implicaciones en la arquitectura de red a considerar. En Europa el impacto de los costos en infraestructura de distribucin de las

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telecomunicaciones hasta los trasformadores de media a baja es ms reducido, ya que se puede atender a un gran nmero de abonados. En cambio, en EE.UU. no es el caso, y por tanto consideran como punto de inyeccin ms deseable los transformadores de alta a media; de forma que la red de media tensin se convierte en parte de la red de acceso. Aunque sea obvio, es pertinente recordar que la red elctrica no ha sido diseada para transportar informacin que requiera cierto ancho de banda; de hecho constituye un medio muy hostil: un canal con una respuesta en frecuencia muy variable, tanto de lugar a lugar como en el tiempo, y muy ruidoso. Sin embargo la potencia del Proceso Digital de Seal permite actualmente la transmisin de considerables anchos de banda a travs de este medio. La banda de frecuencias actualmente aprovechable (the sweet spot) se extiende desde 1 MHz hasta los 30 MHz. Los tendidos de energa no toman precauciones en cuanto a la radiacin ni a la recepcin a estas frecuencias, que coinciden con bandas de radio de uso pblico. Estos aspectos constituyen uno de los campos donde se est regulando ms intensamente para permitir la coexistencia de servicios. En el segmento de bajo voltaje las distancias ms comunes desde el transformador al usuario es de 200 metros (al menos en Europa), siendo un medio compartido, con numerosas ramificaciones para servir a los usuarios. Esto hace que el medio sea tremendamente hostil, debido a: La atenuacin a las frecuencias de inters con la distancia. Las reflexiones que se producen en las ramificaciones, lo que hace que la funcin de transferencia del canal presente desvanecimientos selectivos. Adems esta caracterstica tiene una variacin temporal dependiendo de la carga (en el sentido de consumo de energa en cada momento o, equivalentemente, de qu dispositivos estn conectados). Todo esto hace necesario utilizar sistemas de modulacin muy robustos y adaptables a las caractersticas del canal. Como ejemplo, DS2 firma valenciana que actualmente est a la cabeza de esta tecnologa, consigue velocidades de 45 Mbit/s a nivel MAC, 27 Mbit/s en el sentido descendente y 18 Mbit/s en el ascendente. DS2 utiliza OFDM adaptndose dinmicamente a las condiciones del canal, monitorizando las condiciones de relacin seal ruido de cada subportadora cada 10 ms y adaptando en funcin de sta la tasa de bit a transmitir por la misma. Las lneas de la red de alto voltaje se utilizan para transportar seales de telemetra, informacin de supervisin y rdenes de reconfiguracin de la red. Tambin es frecuente que las compaas elctricas desplieguen una infraestructura de telecomunicacin para cubrir sus propias necesidades de comunicaciones entre subestaciones. Es comn que esta infraestructura se base en fibra ptica que utiliza como soporte el mismo que el tendido elctrico, aunque tambin pueden encontrarse infraestructuras basadas en radio-enlaces. Este aspecto de las telecomunicaciones de las compaas elctricas,

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aunque es evidente que conforma una base de partida ventajosa utilizar esta infraestructura para el transporte de la informacin del dominio pblico. 2.3 SISTEMAS INDOOR Y OUTDOOR La arquitectura de un Sistema de Comunicacin, PLC consta de dos sistemas (Indoor y Outdoor) formados por tres elementos (Cabecera, Repetidor y Mdem PLC) los cuales se aprecian en la figura 2.3

Figura 2.3. Arquitectura de un Sistema de Comunicacin PLC.

Existen limitaciones de distancia tanto para el tramo interior a la vivienda como para el tramo de acceso, siendo de aproximadamente de 400 metros para el tramo de acceso (Sistema Outdoor). El tramo exterior (del transformador al usuario) tiene una distancia promedio de 200 metros y de 50 metros para el tramo interno al hogar (Sistema Indoor o de distribucin domstica). 2.3.1 Sistema Outdoor. Cubre el tramo que en telecomunicaciones se conoce como ltima milla y para el caso de la red PLC comprende la red elctrica que va desde el lado de baja tensin del transformador de distribucin hasta el medidor de la energa elctrica. Como se aprecia en la figura 2.4

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Figura 2.4 Sistema Outdoor Este primer sistema es administrado por un equipo Cabecera PLC, que conecta a esta red con la red de transporte de telecomunicaciones o Backbone. De esta manera el equipo de cabecera inyecta a la red elctrica la seal de datos que proviene de la red de transporte. 2.3.2 Sistema Indoor: Cubre el tramo que va desde el medidor del usuario hasta todos los tomacorrientes o enchufes ubicados al interior de los hogares. Para ello, este sistema utiliza como medio de transmisin el cableado elctrico interno. Como se aprecia en la figura 2.5

Figura 2.5 Sistema Indoor

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Para comunicar estos dos sistemas, se utiliza un equipo Repetidor PLC. Este equipo, normalmente se instala en el entorno del medidor de energa elctrica y esta compuesto de un Mdem Terminal y un Equipo de Cabecera. El primer componente de este repetidor recoge la seal proveniente del equipo Cabecera del sistema Outdoor y el segundo componente se comunica con la parte terminal del Repetidor e inyecta la seal en el tramo Indoor.

El hecho de que ambos servicios, los de energa elctrica y los de transmisin de datos, operen en frecuencias muy distantes en la banda espectral, permite que estos puedan compartir el medio de transmisin sin que uno interfiera sobre el otro. En la figura 2.6 se aprecia el rango de frecuencias que en la actualidad se maneja en comunicaciones sobre lneas de potencia de baja tensin.

Figura 2.6. Banda de Frecuencia Usadas en PLC 2.4 ELEMENTOS DE UNA RED PLC En la figura 2.7 se pueden ver los diferentes elementos que constituyen una red PLC.

Figura 2.7. Elementos de una Red PLC

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2.4.1 Redes Elctricas. Antes de nada, debemos conocer que las redes elctricas convierten (mediante los transformadores situados en las subestaciones), los voltajes de media tensin (utilizados para el transporte de la energa) a lneas de baja tensin 220V, lo ms cerca posible de los usuarios. En aras a evitar las prdidas que se producen a baja potencia. De las tres partes en que se compone la red elctrica (tramos de baja tensin, de media y de alta tensin), se utiliza nicamente el tramo de baja tensin (o lo que en la red de telefona se conoce como ltima milla). Tramo que conecta las viviendas con las subestaciones transformadoras (o lo que sera el equivalente telefnico a la central local). Para usar la red de distribucin elctrica de baja tensin como un sistema de comunicacin digital es necesario un acondicionamiento de la infraestructura elctrica. Estas redes normalmente pueden transmitir seales de baja frecuencia a 50 o 60 Hz y seales mucho ms altas sobre 1 Mhz sin que ambas frecuencias se molesten entre si, ya que las de baja frecuencia llevan energa mientras que las de alta frecuencia llevan los datos. La topologa de una red PLC es en BUS, lo que provoca que el ancho de banda proporcionado por cada transformador de distribucin deba ser compartido por todos los usuarios que se cuelguen de este. Los servidores de las estaciones o subestaciones locales, se conectan a Internet mediante fibra ptica o cable coaxial tipo banda ancha, el resultado final, es similar a una red de rea local (LAN). 2.4.2 Transformadores. Cada transformador distribuye, tpicamente entre 3 y 6 lneas de baja tensin, con una longitud media de unos 250 metros. Cada una de ellas proporciona suministro elctrico a unos 50 clientes. Al transformador llega un acceso de banda ancha como la fibra ptica suministrado por un ISP (Internet Service Provider, En las subestaciones elctricas (o transformadores locales) se instalan servidores que se conectan a Internet generalmente a travs de fibra ptica), donde un Router PLC se encarga de distribuir el recurso a los diferentes usuarios que comparten la misma lnea de transmisin de baja tensin a travs de un Mdem PLC, que se encarga de inyectar los datos provenientes de Internet (World Wide Web) para que viajen por la lnea de baja tensin hasta los potenciales usuarios. 2.4.3 Mdem de Cabecera. Por el lado de la compaa elctrica, y en la subestacin transformadora, deber tambin colocarse el mdem de recepcin de datos. La cabecera PLC convierte los datos de la red PLC de baja tensin al estndar de Internet (Ethernet/USB) que se encarga de interconectar las diferentes redes de servicio (Internet, Televisin, Telefona) con la lnea de baja tensin. Con lo que se garantiza una conexin a alta velocidad lo suficientemente potente para dar servicio a todos los usuarios. Desde este punto, y mediante una fibra o bien un radio enlace, conectaremos

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con el proveedor de servicios (ISP), Representado en la figura 4.8 bajo las siglas HE. La empresa elctrica interesada en prestar servicios de comunicacin deber instalar en la subestacin transformadora o transformador de distribucin un Mdem o Cabecera PLC de recepcin y distribucin de datos, que se conecta a la red por medio de un nodo que tiene acceso a Internet a travs de un Backbone de fibra ptica, SDH, ATM, Inalmbrico entre otros, donde la seal es convertida en una seal elctrica o viceversa. Se tienen dos versiones: de Media Tensin (MT) y Baja Tensin (BT). Distancias mximas: 600 m en MT y 300 m en BT, Este equipo emite seales de baja potencia por lo general menores de 100mW. De este modo la informacin ya acondicionada para viajar en las lneas de potencia, puede ser inyectada en la red de distribucin elctrica de baja tensin que va hasta el contador o cuarto de contadores de un grupo residencial. As a una vivienda llegan dos seales: Una de baja frecuencia que transmite la energa elctrica. Otra de alta frecuencia en la que se transmiten los datos. 2.4.4 Cableado Elctrico. La tecnologa Power Line Communications basa su estructura de funcionamiento, en la utilizacin de los cables elctricos de baja tensin como medio de transporte desde la Central de Distribucion ubicado por lo general en los mismos transformadores de distribucin hasta el cliente, permitiendo entregar servicios de transferencia de datos. Bsicamente se utiliza el cableado de baja tensin como una red de telecomunicaciones, donde los enchufes de cada hogar u oficina se convierten en puntos de conexin. 2.4.5 Repetidor PLC. No siempre se utilizan, se sitan en los cuartos de contadores de un edificio concentrando la voz y los datos de los usuarios residentes en el edificio. As mismo regeneran la seal para aumentar su alcance y eliminar errores de transmisin. Si la distancia entre la cabecera PLC y el usuario es mayor de 300 metros, se hace necesario el uso de este, ya que la seal atena en la lnea con el aumento de la distancia. Pueden controlar hasta 256 modems de cliente (CPE). 2.4.6 Equipo de Acceso de Usuario (CPE). El CPE (Costumer Premises Equipment) es el equipamiento de telecomunicaciones instalado en el domicilio del cliente final para la prestacin de los servicios (Mdem PLC, Routers PLC, etc). Este dispone de un puerto de datos (Ethernet / USB) en donde se conecta el equipo de datos del usuario (por ejemplo, un PC) y un puerto para la conexin de un telfono analgico convencional. As mismo, el CPE contiene el mdem PLC necesario para la inyeccin de la informacin digital (voz y datos) en los cables elctricos para su transmisin. 2.4.7 Mdem de Usuario. Cada usuario deber instalar un mdem PLC para posibilitar el envo y recepcin de datos por la lnea elctrica (similar a los que se usan en ADSL) donde se conectan los equipos de transmisin de voz y

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datos como computadores, telfonos, impresoras y potencialmente otros dispositivos preparados para ello (como alarmas, aire acondicionado, refrigeradores, hornos microondas, etc). Este dispositivo se conecta a un tomacorriente, se vale de un filtro pasa bajas para limpiar ruidos generados por las aplicaciones domesticas y un filtro pasa altas que separa los datos para ser convertidos en seales compatibles con Ethernet o puertos USB. Los mdems por enchufe proporcionan la interfaz requerida por las aplicaciones de usuario, por ejemplo Ethernet o interfaces a/b telefnicas. 2.4.8 Home Gateway. Existe la opcin que el usuario instale un Home Gateway (Concentrador o HUB colocado cerca del contador de entrada), entre el Mdem de Cabecera y una posible LAN interna, de tal manera que posibilite a los distintos usuarios conectados a esta compartir la conexin y a la vez interconectarse entre ellos utilizando cualquier enchufe o tomacorriente de la edificacin, estos ltimos sern un puerto de comunicacin siempre y cuando dispongan de un Mdem PLC. Tambin cualquier fuente de datos externa (xDSL, HFC, inalmbrica entre otros) puede conectarse al home gateway para que este distribuya y gestione la conexin multiusuario en una misma edificacin. La pasarela del hogar, en el caso representado de PLC extremo a extremo, en la figura 4.6 tiene una funcin de bridge, separando los segmentos de acceso y domstico, y adems puentea el contador elctrico (tambin, un filtro paso bajo para las frecuencias de inters). En resumen, en la figura 2.8 se aprecia un diagrama esquemtico que muestra los elementos que comprenden la tecnologa PLC.

Figura 2.8. Elementos de una Red PLC

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2.5 FUNCIONAMIENTO DE UNA RED PLC La Baja Tensin se utiliza como red de acceso para los hogares e industrias (como sustituto del bucle de abonado), mientras que la Media Tensin hace las veces de red de distribucin, transportando los datos hacia el backbone de la red. La existencia de la tecnologa PLC en Media Tensin convierte esta parte de la red en anillos metropolitanos, afianzando an ms al PLC como una alternativa real de Banda ancha y solucin de acceso. El usuario final conecta un mdem PLC a la red elctrica para tener acceso a una red de comunicacin. El mdem establece comunicacin con el Repetidor PLC que por lo general se encuentra ubicado con la cabecera PLC en los transformadores de distribucin. Las velocidades actuales en algunos equipos comerciales para el tramo de baja tensin estn en el orden de unos 45 Mbps distribuidos en: 27 Mbps en sentido descendente (bajada) y 18 Mbps en sentido ascendente (subida), as que la comunicacin es asimtrica. El ancho de banda se comparte entre todos los usuarios que se cuelgan al repetidor (colocado en la cabecera PLC) con un mximo de 256 usuarios. Esto indica que si en un repetidor concurren 100 conexiones la velocidad terica de bajada es de 270 Kbps, pero si las conexiones son 10 la velocidad ser de 2,7 Mbps con lo cual ser ms ventajoso que la tecnologa ADSL. Veamos en la figura 2.9 como funciona la tecnologa PLC.

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Figura 2.9. Tecnologa PLC Se aprecia en la parte superior de la figura 2.9 que por medio de fibra ptica se lleva informacin de Telefona e Internet (lnea roja) a un centro de distribucin elctrico o transformador de distribucin, en este se encuentra ubicada una Cabecera PLC (En este punto debe haber un conversos ptico Elctrico por lo general a Ethernet, que es el estndar de entrada de datos para las cabeceras de PLC) la cual se encarga de inyectar la informacin a las redes del sistema de distribucin elctrico de baja tensin. La informacin sumada a la seal elctrica (lnea azul-roja) llega a todos los usuarios, entrando a sus domicilios a travs del Contador, pasando este se encuentra ubicado un repetidor PLC. El repetidor PLC regenera la seal de informacin para que de esta manera pueda llegar al usuario convirtiendo un tomacorriente en un posible punto de acceso para la comunicacin. El usuario debe contar como mnimo con un Mdem PLC para poder acceder a la informacin. El Mdem se comporta como un filtro Pasa Altas para permitir solo el paso de la informacin a los dispositivos de comunicacin (lnea roja) y como un filtro Pasa Bajas, para las frecuencias que dan potencia a los dispositivos elctricos (lnea azul). De esta manera un usuario de tecnologa PLC puede contar con servicios de banda ancha en cualquier lugar de su residencia. Es as como puede disponer de Internet, telefona (VoIP), video, entre otros. 2.6 ARQUITECTURA DE UNA RED PLC 2.6.1 REDES PLC DE DISTRIBUCIN La solucin mas econmica para la conexin entre una red PLC de acceso y una red principal de comunicaciones, es el uso de sistemas que ya estn implementados en el rea de acceso. Algunos transformadores ya estn conectados a una red de mantenimiento mediante cables de cobre. Inicialmente estas conexiones fueron realizadas para el control remoto y comunicaciones internas entre los centros de control de la red de suministro. Estos enlaces pueden ser utilizados para la conexin de las redes PLC con las redes principales de comunicacin aplicando otras tecnologas, como por ejemplo mediante el uso de Estaciones base, las cuales poseen interfaces para diferentes tipos de tecnologa como xDSL Durante la ltima dcada, las empresas de energa han instalado redes de fibra ptica a lo largo de sus redes de distribucin, las cuales tambin podran ser empleadas para la conexin de las redes PLC de acceso con las redes principales de comunicacin.

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Otra posible solucin es el uso de tecnologa PLC en las redes de medio voltaje, las cuales se conectan a las de bajo voltaje, suministrando as, una conexin entre el usuario y la red principal de comunicaciones. Generalmente existen varias posibilidades para la conexin de una red PLC a una red principal: Implementacin de redes cableadas, ya sean pticas o de cobre Instalacin de redes de distribucin inalmbricas Aplicacin de tecnologa PLC en las redes de medio voltaje Independiente de las tecnologas aplicadas para esta conexin, estas deben asegurar la transmisin de todos los servicios ofrecidos por las redes PLC de acceso. Por esta razn, estas tecnologas no solamente deben asegurar altas ratas de transmisin de informacin, sino tambin la implementacin de polticas de calidad de servicio en todos los servicios ofrecidos por la tecnologa PLC 2.6.1.1 Topologa de las redes de distribucin Una solucin razonable para la conexin de mltiples redes PLC de acceso, ubicadas dentro de un rea pequea, es la unin de redes de distribucin conectando un cierto nmero de redes PLC, como lo muestra la figura 2.10

Figura 2.10 Red de distribucin PLC con topologa en Bus

Estas redes de distribucin pueden ser implementadas en diferentes topologas, independiente de la tecnologa de comunicacin empleada. La topologa de red escogida tiene que asegurar no solamente un costo razonable, sino tambin una confiabilidad, incluyendo la redundancia en caso de fallas, y esto depende principalmente de la ubicacin de las redes de acceso PLC en determinad rea y la ubicacin de la oficina de interconexin del proveedor de servicios. Una topologa en bus, es una de las posibles soluciones que se puede realizar a bajo costo dentro de un rea adecuada. Otro criterio importante que debe ser tenido en cuenta en el momento de la eleccin de la topologa de la red, a parte del costo de implementacin, es la confiabilidad que esta me proporciona en caso de falla en algn enlace. En el caso de la topologa en Bus, si un enlace entre dos redes PLC de acceso falla, todas las redes ubicadas dentro de este enlace tambin son desconectadas de la red principal de comunicaciones. Por

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esta razn, topologas de red en maya deben ser consideradas para la aplicacin en redes PLC de distribucin. Otra posibilidad es una red con topologa en estrella, la cual conecta cada red PLC de acceso separadamente, como lo muestra la figura 2.11

Figura 2.11 Red de distribucin en Estrella

Con esta implementacin, la falla de un enlace solo afecta la red PLC de acceso a la cual enlaza, imposibilitando la realizacin de una conexin alternativa sobre un enlace de transmisin redundante. Por esta razn, la aplicacin de topologa en anillo aparece como una alternativa razonable que incrementa la confiabilidad de la red, como lo muestra la figura 2.12

Figura 2.12 Red de Distribucin en Anillo

Finalmente, la topologa de una red PLC de distribucin puede ser una combinacin de cualquiera de las tres estructuras bsicas presentadas anteriormente. Independiente de esto, la escogencia de la topologa de la red depende de varios factores entre los cuales se encuentran: la disponibilidad del medio de transmisin dentro del rea de aplicacin, la posibilidad de implementar redes de distribucin confiables y la estructura y distribucin geogrfica de redes PLC de acceso y una oficina de interconexin local. 2.6.2 RED DE ACCESO: ARQUITECTURAS ALTA, MEDIA Y BAJA TENSIN DEL PLC Las redes PLC soportan el protocolo de gestin simple de red SNMP (Simple Network Management Protocol) y otros servicios como habilitar el monitoreo de

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redes y dispositivos especficos de empresas. En la figura 2.13 se aprecian los elementos conformando por una red PLC, as como tambin los tramos de alto, medio y bajo voltaje.

Figura 2.13. Arquitectura de una Red PLC

El principal problema del despliegue de una red PLC en la primera milla consiste en elegir la ubicacin de la cabecera PLC, entendiendo por cabecera el punto donde se efecta la conversin de un transporte de telecomunicaciones convencional (por ejemplo, fibra ptica) a la tecnologa PLC. El coste de este punto de conversin debe ser repartido entre el mayor nmero de usuarios posible. En Europa un buen candidato es el transformador de media a baja tensin, al que se conectan unos 150 usuarios de electricidad de los cuales, en un entorno de libre competencia y con una estimacin de penetracin final optimista, un 30% contrataran el servicio de telecomunicaciones. En EE.UU. la media de usuarios por transformador de media a baja es 15 en lugar de 150, luego si se sita la cabecera en este punto la repercusin por usuario ser diez veces mayor que en Europa. Adicionalmente, si se colocan los puntos de interconexin en los trasformadores de media-baja, hay que llegar a ellos con la infraestructura de telecomunicaciones convencional (fibra, radio) y esta capilaridad incrementa coste por usuario. Por ello se buscan tecnologas que puedan ser utilizadas tanto en media como en baja tensin (como las distancias en medio voltaje son mayores que en baja, se requerirn repetidores). La idea es colocar las cabeceras en los transformadores de alta-media y llegar desde estos a los usuarios, puenteando con repetidores los transformadores de media-baja. Slo en aquellos escenarios en que el nmero de usuarios de un segmento de baja tensin fuera suficiente se colocaran cabeceras en los transformadores de media-baja.

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Obsrvese que el problema inverso, es decir, que un segmento desde un transformador de media a baja tenga demasiado trfico, es de fcil solucin, ya que se puede subsegmentar desde el transformador, formando varios sistemas de transmisin, por ejemplo entre cada fase y neutro. Las tres figuras siguientes ilustran distintos escenarios. En particular, el escenario de la figura 13 correspondera a las penetraciones habituales en EE.UU., mientras que en Europa este escenario podra darse en las fases iniciales del despliegue. Como ejemplo numrico podemos tomar el caso de Holanda, pas en el que existen unas 8.000 subestaciones de cada una de las cuales cuelgan una media de 10 transformadores de media-baja, en una configuracin en anillo. Obsrvese el paralelismo de este tipo de arquitectura con una Red de rea Metropolitana de telecomunicaciones a las que se conectan redes de acceso. Existen grandes variaciones entre redes elctricas, en Espaa, por ejemplo, hay configuraciones con 20 a 30 transformadores de media - baja que no se conectan en anillo sino a tres o cuatro subestaciones, formando una red mallada. En las figuras 2.14, 2.15 y 2.16 se muestran los escenarios de redes de baja, media y alta tensin para la tecnologa PLC.

Figura 2.14. Escenario de penetracin baja de PLC

Figura 2.15. Escenario de penetracin media de PLC

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Figura 2.16. Escenario de penetracin alta de PLC

2.7 CARACTERSTICAS DEL CANAL DE TRANSMISIN PLC Un sistema de transmisin en una red de telecomunicaciones tiene la tarea de convertir el conjunto de datos en una forma adecuada antes de que esta sea introducida en el canal de comunicaciones o medio de transmisin. Tal y como lo hacen los otros canales de comunicacin, el canal PLC introduce atenuacin y desplazamiento de fase en la seales. Adicionalmente, el canal PLC fue diseado desde un principio solo para la distribucin de energa y por esta razn, varios tipos de maquinas y dispositivos son conectados a este. Este empleo del suministro elctrico hace que el canal PLC no sea un medio adecuado para la comunicacin de seales de informacin. Una de las razones es la discontinuidad de impedancia que caracteriza a este canal, la cual hace que las seales transmitidas se reflejen en varias ocasiones, resultando en transmisiones multitrayectoria, el cual es un efecto bien conocido en ambientes inalmbricos. Los cables de la lnea elctrica se dividen de manera asimtrica, como lo muestra la figura 2.17, presentando varias conexiones irregulares entre las secciones de red y los usuarios y transiciones entre los canales subterrneos y los canales areos.

Figura 2.17 Estructura de una red de suministro de bajo voltaje

Estas transiciones en los cables causan cambios de impedancia en el medio y por ende reflexiones. Adicionalmente, una red PLC cambia su estructura, especialmente en las redes caseras, en las cuales cada evento de encendido o apagado de cualquier artefacto elctrico puede cambiar la topologa de la red. Los efectos ms importantes que influyen en la propagacin de las seales son

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las prdidas debido a las reflexiones existentes en los puntos de empalmes, divisiones y extremos de los cables as como tambin la atenuacin selectiva de las frecuencias de las seales. En las redes PLC, la atenuacin de la lnea de transmisin depende de la longitud y el cambio en las caractersticas de impedancia que esta presente. Numerosas medidas han demostrado que la atenuacin en las lneas de potencia es aceptable en cables relativamente cortos (aproximadamente entre unos 200 y 300 m), pero es muy mala en cables ms largos. Por esta razn, las redes PLC extensas requieren el empleo de repetidores que regeneren las seales 2.7.1 DIFICULTADES DE LAS LNEAS DE POTENCIA La Red Elctrica es un medio bastante hostil para la transmisin de datos, en ella encontramos muchas derivaciones, transformadores, malas conexiones, impedancias variables, ruido generado por los aparatos que se le conectan entre otros. Para el caso de los transformadores, estos elementos estn formados por bobinas, las cuales producen una alta impedancia con el aumento de la frecuencia. La corriente y el voltaje de la seal en alta frecuencia se atenan de manera crtica con el aumento de la frecuencia, esto se aprecia claramente con la definicin de impedancia inductiva.

.ZL ( ).j ! ..j ! L

Las lneas de potencia domiciliaria estn diseadas para llevar potencia y no datos, sus frecuencias no son superiores a 400 Hz (tpicamente 50 o 60 Hz). Se deben tener en cuenta las perturbaciones como alto ruido, alta atenuacin y distorsin de la seal, tal como se puede observar en la figura 2.18, si se quiere llevar informacin sobre las lneas de potencia A.C. de uso domiciliario.

Figura 2.18. Factores que afectan la comunicacin sobre las lneas de baja tensin.

Caracteristicas

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2.7.1.1 Descripcin del Ruido

Debido a que los cables de la lnea elctrica fueron diseados nicamente para la transmisin de energa, ningn inters se dio por mostrar las propiedades de este medio en las altas frecuencias. Adems de la distorsin de la seal de informacin debido a las prdidas de seal presentes en los canales y a la propagacin multitrayectoria, la superposicin de ruido en la energa de la seal hace que una correcta recepcin de la informacin sea ms difcil de lograr. A diferencia de otros canales de comunicaciones, la lnea elctrica no representa una fuente de ruido blanco Gausiano Aditivo (AWGN), cuya densidad espectral es constante en todo el espectro de transmisin. Una cantidad de investigaciones y mediciones fueron realizadas con el fin de describir detalladamente las caractersticas de ruido en un ambiente PLC, logrando clasificar el ruido como una superposicin de 5 tipos de ruido, diferenciados por su origen, tiempo de duracin, ocupacin del espectro e intensidad, la aproximacin de la ocupacin del espectro se ilustra en la figura 1.19

Figura 1.19 Tipos de ruido aditivo en ambientes PLC

Ruido de Fondo Multifrecuencia (tipo 1): cuya densidad espectral de potencia es relativamente baja y decrementa con la frecuencia. Este tipo de ruido es causado principalmente por la superposicin de numerosas fuentes de ruido de baja intensidad. Contrario al ruido blanco, el cual es aleatorio, presenta discontinuidades y su densidad espectral es uniforme siendo de esta manera independiente de la frecuencia sobre el rango de frecuencias especificado, esta clase de ruido muestra una fuerte dependencia de la frecuencia.

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Ruido de Banda Angosta (tipo 2): cuya forma de onda es sinusoidal con amplitudes moduladas. Este tipo de ruido ocupa varias bandas, las cuales son relativamente pequeas y continuas sobre el espectro de frecuencia. La causa principal de este ruido es el ingreso de estaciones de radiodifusin como la televisin y la radio y transmisiones de onda corta sobre el medio. La amplitud vara en el tiempo, llegando a ser ms alta durante la noche debido a que las propiedades reflectivas de la atmsfera son ms fuertes Ruido Impulsivo Peridico, asncrono a la frecuencia principal (tipo 3): con forma de impulsos que generalmente tienen una frecuencia de repeticin entre 50 y 200 KHz, y los cuales resultan en el espectro como lneas discretas con frecuencia espaciada de acuerdo a la frecuencia de repeticin. Este tipo de ruido es causado principalmente por el encendido y apagado del suministro de energa. Debido a que es una alta velocidad de repeticin, este ruido ocupa frecuencias que estn muy cercanas entre si y forman espacios de frecuencia que usualmente se aproximan a bandas angostas de frecuencia Ruido Impulsivo Peridico, sncrono a la frecuencia principal (tipo 4): son impulsos con una frecuencia de repeticin que esta entre los 50 y los 100 Hz y son sncronos con la frecuencia principal de la lnea elctrica. Estos impulsos tienen una corta duracin, del orden de los microsegundos, y tienen una densidad espectral de potencia que decrece con la frecuencia. Este tipo de ruido es causado generalmente por la operacin de convertidores de potencia conectados al suministro elctrico principal Ruido impulsivo asncrono (tipo 5): cuyos impulsos son causados principalmente por conmutaciones transientes en la red elctrica. Estos impulsos tienen una duracin que va desde microsegundos hasta unos pocos milisegundos. La densidad espectral de potencia de este tipo de ruido puede alcanzar valores de ms de 50 dB por encima del ruido de fondo, hacindolo la principal causa de error en las comunicaciones digitales sobre las redes PLC. Las medidas obtenidas muestran que los ruidos tipo 1, 2 y 3 permanecen estacionarios sobre periodos relativamente largos, de segundos, minutos e incluso horas. Por esta razn, estos tres ruidos se pueden agrupar en una sola clase de ruido, llamado ruido de fondo generalizado. Los ruidos tipo 4 y 5, por el contrario, varan en periodos de tiempo de milisegundos y microsegundos, y pueden ser agrupados en una sola clase de ruido llamada ruido impulsivo. Debido a que su amplitud es relativamente alta, el ruido impulsivo es considerado la principal causa error en la transmisin de datos a altas frecuencias en un canal PLC.

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2.7.1.1.1 RUIDO DE FONDO GENERALIZADO

Modelo de la densidad espectral para el ruido de fondo generalizado

Este es considerado como la superposicin del ruido de color de fondo y los disturbios en el ancho de banda y se puede expresar as:

Donde NCBC es la densidad espectral de ruido de color de fondo, NNN es la densidad espectral de los disturbios en el ancho de banda(Ruido de ancho de banda), y el termino que contiene k es la densidad espectral de potencia de la subcomponente k generada por la interferencia k del ruido de ancho de banda. Para el modelo de la densidad espectral de ruido de color de fondo NCBC, las medidas y experimentos han mostrado que la relacin mas apropiada es la exponencial y esta dada por:

Donde N0 es la constante de densidad de ruido, N1 Y f1 son los parmetros de la funcin exponencial, y las unidades son dBV/Hz1/2. Para NNN por diferentes estudios y medidas de ambientes residenciales y industriales, fue posible encontrar aproximaciones para los parmetros de este modelo y puede ser descrita por:

Para ambiente residencial.

Para ambiente Industrial.

Para la aproximacin de las interferencias del ruido de ancho de banda, es usada la funcin parametrica gaussiana, de la cual la principal ventaja son los

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pocos parmetros usados, los parmetros pueden ser encontrados individualmente fuera de las medidas:

Los parmetros de la funcin son Ak para la amplitud, f0,k es la frecuencia central y Bk para el ancho de banda de la funcin gaussiana. 2.7.1.1.2 RUIDO IMPULSIVO

Esta compuesto de los impulsos peridicos que son sincronos con la frecuencia principal y los impulsos de ruido asncronos, las medidas muestran que en este tipo de ruido predomina este ultimo (Ruido tipo 5), por lo cual los estudios y medidas son basados en este tipo de ruido la siguiente imagen muestra un ejemplo:

Ejemplo de algunos impulsos medidos en el dominio del tiempo en una red PLC

Una aproximacin a los modelos de esos impulsos es un pulso tren con ancho de pulso tw, amplitud del pulso A, tiempo entre pulso ta y una funcin de pulso general p ( t / tw):

Modelo del impulso usado para la clase de modelo de ruido impulsivo

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Los parmetros tw,i, Ai, ta,i del impulso i son variables aleatorias, las medidas de los impulsos han mostrado que el 90% de sus amplitudes estn entre 100 y 200mV, solo menos del 1% excede una amplitud mxima de 2V, las medidas del ancho del pulso tw han mostrado que solo cerca del 1% de los impulsos medidos tienen un ancho que excede los 500Seg y solo el 0.2% de estos excede el 1mSeg. Finalmente el tiempo entre impulsos que separa 2 impulsos sucesivos esta por debajo de los 200mSeg para mas del 90% de los impulsos. Otros detalles mas de las medidas muestran que cerca del 30% de los pulsos detectados tienen un tiempo entre pulso de 10 a 20mSeg, los cuales representan el ruido impulsivo que es sincrono con la frecuencia principal( Ruido tipo 4).

2.7.1.2 Atenuacin. La atenuacin es la diferencia entre la potencia transmitida y la recibida, debido a las perdidas que se presentan en los equipos, lneas y otros dispositivos de transmisin. Se puede calcular as:

.Atenuacion ( )dB .20 logVTransmitido

VRecibido

Para el caso del PLC las lneas elctricas por si mismas causan poca atenuacin o variacin con la frecuencia. Se tienen estimaciones tpicas de 0.05 db/Km a 9 Khz y 1.5db/Km a 95Khz. Las cargas conectadas y sus variaciones las que producen alta distorsin (fase y amplitud). En la figura 2.10 se aprecian algunas de las causas que generan atenuacin en las lneas de potencia.

Seales de alta frecuencia pueden ser inyectadas en la lnea de potencia usando un adecuado diseo de filtro pasa altos. La seal de potencia recibida puede ser mxima cuando la impedancia del transmisor, la lnea de potencia y el receptor estn acoplados (Matched). Canales de comunicacin dedicados como la Ethernet tienen una impedancia conocida, as el acoplamiento (Matched) de la impedancia no es un problema. Sin embargo, las redes de las lneas de potencia normalmente tienen varios tipos de conductores y puntos de cruce que unidos hacen a la impedancia un parmetro aleatorio. Por lo tanto una gran variedad de impedancias caractersticas sern encontradas en las redes. Adems, las impedancias en las terminales de la red pueden tender a variar en las frecuencias las seales de comunicacin y en el tiempo con las variaciones de las diferentes cargas de los clientes locales. La mala impedancia puede resultar en un efecto de mltiple trayectoria (Multipath) resultando profundas muescas (Notches) a ciertas frecuencias. En un tpico entorno domestico la atenuacin en las lneas de potencia est entre 20dB a 60dB y es una fuerte funcin de la carga. La figura 2.20 muestra las caractersticas de atenuacin sobre un canal en la lnea de potencia. Note las profundas muescas (Notches) a 11, 13.5, 15 Mhz creados por el efecto de mltiple trayectoria (Multipath).

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Figura 2.20. Atenuacin de una lnea de baja tensin usada como canal de

comunicacin 2.7.1.3 Distorsin. Es la deformacin de la seal que origina una diferencia entre los parmetros de la seal transmitida y la recibida, tales como su amplitud, fase, frecuencia, etc. Este cambio en la forma de onda transmitida sobre el canal de comunicacin es producto de las perturbaciones que se producen en la lnea (variacin de la impedancia, etc.) y que generan la no respuesta lineal en frecuencia y en fase. 2.7.1.4 Consideraciones Medioambientales, Meteorolgicas y Geogrficas. Desde un punto de vista de condiciones ambientales existen tambin grandes variaciones entre unas redes y otras. Los transformadores pueden estar en locales cerrados o en ubicaciones de intemperie; en cualquier caso los equipos de cabecera y repetidores se ubicarn en localizaciones que no renen las condiciones de salas de telecomunicacin. Otro aspecto a considerar son las condiciones de seguridad, ya que la seal tiene que ser inyectada en lneas que transportan tensiones peligrosas, lo cual requiere un personal adecuadamente entrenado. 2.7.1.5 Compatibilidad Electromagntica Las redes de suministro de baja tensin usadas como medio de transmisin para sistemas de acceso PLC actan como una antena produciendo radiacin electromagntica. Por otro lado, los sistemas PLC implementados en las redes de acceso de banda ancha utilizan un espectro de frecuencia de hasta unos 30 MHz, rango en el cual se operan varios servicios de radio, los cuales pueden ser una fuente de interferencia para los sistemas PLC. En el primer caso, la operacin de varios servicios de radio de onda corta, tales como los radios aficionados, diferentes servicios pblicos, militares e incluso servicios de control areo pueden ser afectados negativamente por las radiaciones electromagnticas producida por las redes PLC. Los organismos de regulacin especifican los lmites para las emisiones electromagnticas que son permitidas para la operacin de los sistemas PLC, razn por la cual estas redes deben operar con una potencia limitada para las seales que trasmiten.

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Debido a esto, los sistemas PLC deben asegurar valores bajos de emisiones electromagnticas, operando con seales de potencia limitadas, haciendo que las redes PLC sean ms sensibles a las interferencias causadas por otros servicios que operan en el rango de frecuencias por debajo de los 30 MHz. Por estas razones, estos sistemas no son capaces de alcanzar grandes distancias para asegurar una capacidad de transmisin suficiente. Con el fin de solucionar el problema causado por las interferencias, el mecanismo Correccin de error de envi o FEC, por sus siglas en ingles de Forward error Correction puede recuperar el contenido original de las unidades de datos aun bajo la influencia de interferencias. Por otro lado las velocidades suministradas por los sistemas PLC son limitadas debido a los requerimientos de compatibilidad electromagntica. 2.7.1.6 Limites de emisin de Radiacin: Bajo la observacin de la agencia de radio comunicaciones en London, algunos ensayos de PLC fueron monitoreados para obtener una idea acerca de la EMI causada por esta tecnologa, en paralelo, La agencia llamada para el desarrollo de una nueva medida del campo magntico llamada MPT1570, la cual fue llamada electromagnetic radiations from telecommunications systems operating over material substances in the frequency range 9 kHz to 300 MHz , para las medidas se uso un magnetic loop y se aplico los limites para el campo elctrico expresado en la siguiente ecuacin:

las medidas estubieron muy cerca de los limites permitidos debido a esto y a protestas de parte de civiles y militares por sus frecuencias las actividades de PLC fueron dejadas en el Reino Unido y pasaron a otras naciones especialmente Alemania, la autoridad reguladora Alemana RegTP, publico las primeras limitaciones para EM en enero de 1999, estas fueron conocidas bajo el nombre de NB30 y son mucho menores que los del Reino Unido, estas limitaciones donde la distancia limite son 3 metros se muestran en la siguiente tabla (Para PLC, TV, xDSL) :

Limites para la Radiacin de E Por NB30 para PLC y otros.

El estndar Americano aceptado por la FCC (Comisin de comunicaciones Federal) ofrece un ancho horizontal para la implementacin de PLC, con una

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mayor flexibilidad al EMI, sus limitaciones estn dadas por FCC Part 15. La siguiente tabla muestra los limites para diferentes distancias:

Limites para la Radiacin de E Por FCC Part 15 para PLC.

Una investigacin acerca de la distribucin de la capacidad del canal donde la radiacin cumpla con FCC Part 15 y NB30 mostr que la capacidad de el canal de lnea de poder es mayor que 63Mbps cuando es usada la FCC limitacin y es mas grande de 3Mbps cuando se usa la NB30. La siguiente figura compara los lmites de los 3 estndares a una distancia de 3 metros:

2.7.2 CARACTERISTICAS DE LA TRANSMISION POR LA LNEA DE

PODER La propagacin de la seal por la lnea de poder introduce atenuacin, la cual aumenta con la longitud de la lnea y con la frecuencia, esta atenuacin es una funcin de la impedancia caracterstica de la lnea y de la constante de propagacin:

Impedancia Caracterstica.

En donde R es la resistencia por unidad de longitud, L inductancia por unidad de longitud, G conductancia por unidad de longitud y C la capacitancia por unidad de longitud.

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Constante de Propagacin.

La funcin de transferencia de una lnea con longitud l puede ser considera como (considerar la transmisin de la onda de origen a destino):

En diferentes estudios y medidas de las propiedades de los cables de energa se ha concluido:

Y , en consideracin del ancho de banda de PLC (1.6 a 30MHz) la impedancia caracterstica queda as:

Y en base a esto la constante de propagacin:

Al tomar la parte real de la constate de propagacin como una funcin directa de la frecuencia sustituimos R (f) por la siguiente ecuacin

Donde 0 y representan la permeabilidad y la conductividad respectivamente y r es el radio del cable, las medidas han mostrado que:

Sustituyendo este termino tambin en la ecuacin de propagacin:

Asignando constante tenemos:

Los resultados obtenidos de estudios y medidas para prdidas por propagacin dieron una ecuacin aproximada para la constante de atenuacin, cercana a la terica:

Donde a0, a1 y k son constantes, la atenuacin en una lnea de poder, representada por la funcin de transferencia de la amplitud del canal, puede ser definida por:

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2.7.2.1 Modelo del canal de PLC: Como se menciono anteriormente debido al efecto de mltiple trayectorias (Multipath) y a la mala impedancia (Impedancias discontinuas) resultan profundas muescas (Notches) a ciertas frecuencias, la longitud de los impulsos y nmero de picos puede variar considerablemente dependiendo del ambiente, este comportamiento puede ser descrito por un MODELO DE ECO del canal.

Modelo de Eco representando la Multitrayectoria

Cumpliendo con el modelo de eco, cada seal transmitida llega al receptor por N diferentes trayectorias, cada trayectoria i es definida por un cierto delay , y un cierto Factor de atenuacin Ci, el canal de PLC puede ser descrito por la respuesta al impulso tiempo-discreto:

Se puede escribir en el dominio de la frecuencia como:

Donde gi es un factor representado por el producto del factor de atenuacin y de transmisin de las trayectorias, la variable , representa el delay introducido por la trayectoria i, y es calculado por la divisin de la longitud de la trayectoria li entre la velocidad de fase, reemplazando las expresiones anteriores en esta obtenemos como expresin general:

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2.8 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC 2.8.1 Ventajas. Este tipo de conexin ofrece sin lugar a dudas una serie de ventajas que no tienen otras tecnologas permanentes: Se accede a una red de comunicacin por medio de un slo dispositivo

(mdem PLC) lo que hace la instalacin por parte del cliente sencilla y rpida.

Utiliza la infraestructura ya desplegada (cables elctricos), tanto en el

acceso como dentro del hogar. Ubicuidad del acceso a Internet: cualquier lugar de la casa con un enchufe es suficiente para estar conectado.

El PLC de banda ancha es una tecnologa que permite la transmisin de

informacin sobre la red elctrica, que es la red ms extensa del mundo a velocidades que en la actualidad llegan hasta 45 Mbps y que promete llegar hasta ms de 200 Mbps dentro de poco. Est red est formada por miles de kilmetros de cable, llega a millones de personas y ofrece servicios incluso a aquellos lugares donde no hay telfono.

Como la electricidad se suministra a travs de una conexin permanente, los

servicios ofrecidos de Internet de banda ancha tambin estarn disponibles las 24 horas del da sin requerir de un nmero de conexin.

Se desplaza el costo de los componentes fijos a los variables. Con los

sistemas alambrados tradicionales, la mayora del capital invertido se utiliza en infraestructura, mientras que con el PLC un alto porcentaje de la inversin la realiza el cliente al contratar el servicio.

Bajo costo por operacin, administracin y mantenimiento. Incursin al mercado con nuevos servicios de telecomunicaciones. La

velocidad del PLC en la actualidad es de 45 Mbps y permite la distribucin de datos, voz y vdeo de manera rpida y confiable. Por tanto se pueden instalar sistemas sofisticados de automatizacin domstica que permitiran el acceso y el control remoto de aparatos electrodomsticos, alarmas antirrobo, etc.

PLC facilita a las empresas de distribucin la oportunidad de ofrecer

servicios de valor agregado, tales como gestin de energa, informacin remota y la automatizacin de la distribucin (lectura remota automtica de los contadores para mejorar el control), telefona VoIP (Voz sobre IP), Videoconferencias, VPN's, Redes LAN, Games online, Teletrabajo y comercio electrnico.

Coexistencia con otras tecnologas: La tecnologa PLC no es sustitutiva, sino

que puede complementar a otras ya instaladas tanto en el tramo de acceso como en las viviendas.

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El PLC no tiene la desventaja del ADSL y de las redes de televisin por cable, las cuales no pueden llegar en muchos casos al usuario final. Al estar ya implantada la red elctrica permite alcanzar cualquier punto geogrfico.

Su instalacin es rpida (puesto que nicamente se trata de una

adaptacin) sin necesidad de un cableado extra, como el resto de tecnologas.

La conexin es permanente y por tanto las cuotas de conexin es

muy probable que se fijen en un modelo de Tarifa Plana. Destacar su posible coexistencia con otras tecnologas de acceso a

internet: xDSL, fibra ptica, entre otras. Permite la convergencia de servicios con la misma plataforma tecnolgica IP (un nico mdem permite el acceso a Internet, telefona, domtica, televisin interactiva, seguridad, etc...).

Reduccin de cables que supone no tener que instalar una red y el cable

de datos del mdem, puesto que stos viajan por el mismo cable que el de la corriente.

Proveer la mejor y ms econmica solucin al problema de acceso local o

ltima milla. Proveer servicios de banda ancha (transmisin de voz, datos y video a gran

velocidad), accediendo el usuario final a los contenidos a travs de la red elctrica de baja tensin mediante un mdem PLC, es decir Internet en el tomacorriente.

Para la prestacin de servicios de comunicacin en primera milla (tramo de

la red de comunicacin con buen ancho de banda que es compartido generalmente por varios usuarios), el PLC desde un punto de vista de prestaciones tcnicas compite con otras alternativas de acceso dando adems ventajas comerciales, imagen de marca, paquete con el servicio elctrico, reduccin de costos al servicio de telecomunicaciones, etc.

2.8.2 Desventajas: La tecnologa PLC ha de enfrentarse a una serie de problemas que es

necesario resolver. El primer escollo que debe superar es el propio estado de las lneas elctricas. Si las redes estn deterioradas, los cables se encuentran en mal estado o tienen empalmes mal hechos, por lo que no es posible utilizar esta tecnologa.

La distancia tambin puede ser una limitacin, la medida ptima de

transmisin es de 100 metros por lo que, a mayores distancias, se hace necesario instalar repetidores.

Adems, el cable elctrico es una lnea metlica recubierta de un aislante.

Esto genera a su alrededor unas ondas electromagnticas que pueden interferir en las frecuencias de otras ondas de radio. As, existe un problema

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de radiacin, bien por ruido haca otras seales en la misma banda de frecuencias como de radiacin de datos, por lo que ser necesario aplicar algoritmos de cifrado. No obstante, la radiacin que produce es mnima, la potencia de emisin es de 1mW, muy por debajo de los 2W de telefona mvil.

Determinados sistemas de radiocomunicaciones cercanos pueden verse

afectados a causa de las radiaciones parsitas que esta tecnologa ocasiona en forma de interferencias perjudiciales para la recepcin de las seales de onda media y corta (entre 2 y 30 MHz). Entre los afectados se pueden encontrar los sistemas de comunicacin de aeropuertos, torres de control de trfico martimo, hospitales, ejrcito y polica.

Los fabricantes de electrodomsticos tienen un especial cuidado en todo lo

referente a su correcto funcionamiento, pero muy pocos se preocupan en que no generen interferencias en otros equipos. As, taladros, motores, etc., provocan ruido en las lneas que impide mantener la calidad de la comunicacin. Para evitarlo, es necesario localizar los equipos que los causan y aislarlos mediante un filtro.

Lo anterior se traduce en problemas regulatorios en distintos pases, lo que

lleva a buscar soluciones que permitan la implementacin sin problemas de esta tecnologa.

Otro problema es la estandarizacin de la tecnologa PLC, ya que en el

mundo existen muchas empresas desarrollando dicha tecnologa. Para solventar este problema, la organizacin internacional PLC Forum intenta conseguir un sistema estndar para lo cual est negociando una especificacin para la coexistencia de distintos sistemas PLC.

Vale la pena aclarar que como es una tecnologa que esta en pleno

desarrollo no es de extraar que encuentre mltiples benefactores y opositores, por lo que se debe ser prudente con la informacin que se recibe al respecto.

Hay tres parmetros que son crticos en las lneas de transmisin de baja

potencia al ser utilizadas como canal de comunicacin: ruido, impedancia y atenuacin. Estos parmetros son altamente impredecibles y variables con el tiempo, frecuencia y lugar. En orden de sobreponer estas dificultades se han realizado estudios encaminados a caracterizar y modelar el canal para las lneas de baja tensin con el propsito de llevar comunicaciones sobre estas.

2.9 APLICACIONES DE LA TECNOLOGA PLC

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Gracias a esta adaptacin del tendido elctrico, adems del suministro normal de energa, podrn ofrecerse servicios de telecomunicaciones y aplicaciones domsticas tan prcticas como la creacin de redes de rea local, internas al edificio, sin necesidad de cablear, puesto que los dispositivos a conectar (ordenadores, impresoras, actuadores remotos, telfonos digitales, sensores, y en general aplicaciones domticas), se interconectaran mediante el mismo cableado elctrico. Acceso a Internet. El acceso a Internet es la principal aplicacin del PLC en

la actualidad, ya que proporciona ancho de banda suficiente y la naturaleza a rfagas de este trfico permite una multiplexin eficaz. Parece adems que los segmentos de red PLC (nmero de usuarios que dependen de un transformador de media a baja multiplicado por el coeficiente de penetracin) tienen unas magnitudes adecuadas y comparables con los segmentos de redes de rea local.

Distribucin de TV. Teniendo en cuenta las tasas de bit que son factibles (entre 3 Mbit/s y un mximo de 27 Mbit/s en sentido descendente), y que estas tasas deben repartirse entre decenas de usuarios, claramente esta tecnologa no es vlida ni para distribucin de TV, ni para vdeo bajo demanda.

Telefona. Usando voz sobre IP. Existen algunos mdems que incorporan una pasarela de voz sobre IP. Los sistemas se disean para proporcionar una calidad de servicio garantizada para esta aplicacin. Se podr disponer de un servicio de telefona sin necesidad de conectar un terminal a la lnea telefnica convencional.

Mensajera Unificada. Buzn nico para todos los mensajes de telefona fija, Mvil (SMS), Fax y Correo Electrnico.

Aplicaciones in-Home. Son aquellas que permitirn conectar todos y cada uno de los dispositivos existentes dentro del hogar, siempre y cuando estn preparadas para ello. Sistemas inteligentes que harn del hogar una autntica casa inteligente. Detectores de humos o sistemas de seguridad de bajo coste, permitirn informar o alertar a los dueos de la casa de cualquier problema va e-mail o va navegador (a cualquier dispositivo conectado a Internet). Gracias a ello, con una simple PDA o un telfono mvil, podremos encender dispositivos, desconectar el contestador automtico, o activar la alarma o el riego automtico del jardn (Pea, 2001).

Servicios Interactivos. Con el estado actual de la tecnologa, PLC puede alcanzar anchos de banda y tiempos de latencia aceptables para servicios con diferentes grados de interactividad. En el caso de juegos en Red, el esquema del servicio con los jugadores conectndose a un servidor (game room) e intercambiando bsicamente comandos de desplazamientos y acciones sobre escenarios previamente cargados no supone exigencias especiales (salvo mantener la latencia baja).

Otros (videoconferencia, VPN, aplicaciones peer to peer,...). Estos

servicios generalmente son soportados a nivel IP por funciones de autentificacin y seguridad del acceso que residen en los servidores de acceso a banda ancha. La videoconferencia y las aplicaciones peer to peer pueden necesitar anchos de banda excesivos para esquemas de

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comparticin del medio de bajo voltaje; si bien estas aplicaciones suelen ser demandadas por empresas de cierta envergadura, que en algunos casos tienen un transformador de media a baja para su uso exclusivo. Existen mdems punto a punto de transmisin por lneas de medio voltaje de 2 Mbit/s simtricos, que pueden ser suficientes para estas aplicaciones, pero en cualquier caso los usuarios de las mismas suelen tener a su disposicin alternativas de telecomunicacin tradicionales a precios muy competitivos.

Televisin, Msica y Radio a la Carta: Se puede descargar video y sonido desde la Internet. Se tendr acceso a pelculas, televisin, programas de radio.

TV Digital Interactiva: Con la conexin a la televisin digital podrs realizar comercio electrnico, reservas, entradas, juegos, entretenimiento multimedia e Internet.

Juegos en la Red: Se puede participar en campeonatos de juegos en lnea con otros contrincantes en la Red.

Domtica: Se puede controlar los electrodomsticos a distancia, por ejemplo desde el trabajo o mientras se est de vacaciones: poner la lavadora, encender el aire acondicionado, conectar el horno, grabar una pelcula, alimentar a los peces, etc.

Seguridad a Distancia: Alarmas de robo e incendio que protegen la casa conectndola directamente con la central de polica y/o de los bomberos.

Telediagnstico: Los servicios tcnicos de los fabricantes de los electrodomsticos pueden conocer las averas y presupuestar las reparaciones sin tener que desplazarse, ahorrando costos y molestias innecesarias.

Teleasistencia: Posibilita la vigilancia de nios o enfermos a distancia. Trabajo en Grupo: Compartir, ver y modificar documentos de forma

simultanea por el mismo equipo de trabajo. Redes Privadas Virtuales (VPN): Comunicar las oficinas para transmisin

privada de voz y datos. PYMES: No se necesitarn costosas instalaciones de telfono y lneas de

datos para disponer de una red local. Videoconferencia: Se puede ver y hablar con clientes a bajo costo, estn

donde estn. Teletrabajo: Trabajar desde la casa a travs de una conexin rpida,

econmica, segura y permanente.

3. MODULACIN OFDM

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Las lneas de transmisin de cobre del sistema elctrico son un medio que posee algunas dificultades (ruido, reflexiones mltiples, cambios de carga, etc) para la transmisin de informacin. Teniendo en cuenta las caractersticas del canal se han propuesto diversas soluciones con modulaciones que superen estos inconvenientes. Una de ellas ha sido el hacer uso de algn sistema adaptativo capaz de conocer la calidad del canal en un momento dado. Este es el caso de la tcnica usada en los MODEM xDSL. Otro enfoque podra ser el usar un sistema que no fuera adaptativo sino ms robusto frente a interferencias. El inconveniente es que esto supone un gran ancho de banda y una baja velocidad de datos. Un ejemplo de este tipo de sistemas son los basados en tcnicas de espectro ensanchado. Al final ha sido un sistema adaptativo el que se ha impuesto, se trata del ya conocido OFDM (Orthogonal Frecuency Divisin Multiplexing). OFDM es una tcnica de modulacin de alta eficiencia espectral que maneja muy bien el ruido, los cambios de impedancia y las reflexiones producidas por los mltiples caminos que recorre la seal. Otra ventaja de OFDM es su habilidad para usar o dejar de usar cualquier subcanal, con el fin de mantener una ptima tasa de error. Esto permite adems evitar interferencias con otros sistemas y poder cumplir los niveles de emisin regulados por las normas (vase figura 5.1). Mediante OFDM puede alcanzarse velocidades de hasta 45 Mbps. El sistema usa modulacin adaptativa, o sea, es capaz de medir los niveles de atenuacin y ruido con una alta resolucin espectral y en base a esta informacin usar unas u otras subportadoras para enviar la informacin (vase figura 5.1). En cada subportadora se usan modulaciones digitales como PSK, QPSK, QAM, entre otras. Se est investigando y probando una nueva tecnologa llamada MC-CDMA (Multiple Carrier-Code Division Multiple Access) que es una combinacin de CDMA y OFDM, la cual permite incrementar el nmero de subportadoras y es posible llegar a alcanzar ms de 100 Mbps. 3.1 PRINCIPIOS BSICOS DE OFDM Mltiplexacin por divisin en frecuencias ortogonales (OFDM) es una tcnica que combina esquemas de modulacin y mltiplexacin con el fin de optimizar el uso del espectro electromagntico y as poder transmitir informacin proveniente de diferentes fuentes por el mismo medio y a altas velocidades. OFDM es muy similar a la mltiplexacin por divisin de frecuencias (FDM), ya que aprovecha el su principio para permitir el envi de mltiples mensajes a travs de un simple canal de comunicaciones, permitiendo un incremento en la eficiencia del espectro.

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Un ejemplo simple de FDM es el uso de diferentes frecuencias para cada Estacin de Radio FM. Todas las estaciones transmiten al mismo tiempo pero no interfieren entre si debido a que cada una usa una frecuencia portadora diferente. Adicionalmente, estas tienen un ancho de banda limitado y estn separadas en frecuencia lo suficiente para evitar que las seales se superpongan en el dominio de la frecuencia. En el receptor, cada seal es recibida individualmente usando un filtro pasa banda sintonizable en frecuencia, el cual remueve todas las seales excepto la de la Estacin de Radio de inters. Luego de este proceso, la seal puede ser demodulada para recuperar la informacin transmitida originalmente. A diferencia de los sistemas de transmisin FDM, en los cuales las seales necesitan tener una banda de guarda bastante amplia entre cada canal para poder prevenir la interferencia entre las portadoras o ICI, los sistemas OFDM pueden tener sus portadoras mas cerca entre si, ya que se aprovecha la propiedad de ortogonalidad de las seales, reduciendo ampliamente esta banda de guarda, incrementando de esta manera la eficiencia del espectro. Todos los sistemas de comunicacin emplean algn esquema de modulacin para mapear la seal de informacin a una forma que pueda ser transmitida eficientemente sobre el canal de comunicacin. Un amplio grupo de esquemas de modulacin ha sido desarrollado de acuerdo al tipo de seal, es decir, si esta es digital o anloga, Algunos de los esquemas mas comunes para seales anlogas son: Frecuencia modulada (FM) Amplitud modulada (AM), Modulacin de Fase (PM), entre otras. Entre los esquemas ms comunes de modulacin digital se encuentran Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK) y Quadrature Amplitude Modulation (QAM) entre otros. Tanto FDM como OFDM emplean alguno de estos esquemas de modulacin. En los sistemas FDM cada una de las portadoras puede usar un esquema de modulacin anlogo o digital, no existe sincronizacin en la transmisin y una estacin podra transmitir empleando FM y otra empleando FSK. En una transmisin simple OFDM todas las subportadoras estn sincronizadas entre si, restringiendo la transmisin a un esquema de modulacin digital. OFDM se basa en smbolos, y puede ser pensada como un gran nmero de portadoras de baja rata de bits transmitiendo en paralelo. Todas estas portadoras se transmiten al mismo tiempo, sincronizadas en tiempo y frecuencia, formando un simple bloque de espectro de frecuencia. 3.2 ORTOGONALIDAD Como se mencion anteriormente, OFDM emplea la propiedad de ortogonalidad de las seales la cual permite que mltiples seales de informacin sean transmitidas perfectamente sobre un canal comn y detectadas sin interferencia. La perdida de la ortogonalidad termina por distorsionar la seal de informacin, degradando las comunicaciones. La propiedad de ortogonalidad establece que dos seales son ortogonales si son independientes entre si cumpliendo con la condicin dada por siguiente ecuacin

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( ) ( )!"#

$

==%%& ji

jiCdttStS

T

ji si 0

si

0 La ecuacin siguiente muestra un conjunto de sinusoides, las cuales representan las subportadoras de una seal OFDM no modulada

( )( )

!"# =

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Cuando la seal transmitida es detectada usando la Transformada Discreta de Fourier (DFT), el espectro no es continuo, como lo muestra la figura 4.2 (a), esta posee muestras discretas. Las muestras de espectro son mostradas en la figura con o. Si la DFT esta sincronizada en el tiempo, las muestras de frecuencia de la DFT corresponden justamente con los picos de las subportadoras, por esto, la regin de superposicin de frecuencias entre las subportadoras no afecta la recepcin de la seal. Los picos medidos corresponden a los ceros para las otras subportadoras, resultando en la ortogonalidad entre estas. 3.4 PERIODO DE GUARDA Para un ancho de banda dado la rata de smbolo para una seal OFDM es mucho menor que un esquema de transmisin de portadora nica. Por ejemplo para una modulacin BPSK de portadora nica, la rata de smbolo corresponde a la rata de bits de transmisin. De otro modo para OFDM el ancho de banda del sistema es partido entre Nc subportadoras, resultando en una rata de smbolos que es Nc veces menor que la transmisin de portadora nica. Esta rata de smbolos baja hace a OFDM naturalmente resistente a efectos de Interferencia Inter Smbolo (ISI) causada por la propagacin multitrayectoria. En la propagacin multitrayectoria, las mltiples seales llegan al receptor en tiempos diferentes debido a que las distancias de transmisin son diferentes. Esto dispersa los limites de smbolo causando filtraciones de energa entre ellos. Los efectos del ISI en una seal OFDM pueden solucionarse mediante la adicin de un periodo de guarda al inicio de cada smbolo. Este periodo de guarda es una copia cclica que extiende la longitud de la onda del smbolo. Cada subportadora, en la seccin de datos del smbolo, tiene un nmero entero de ciclos. Por esto, se ubican copias de smbolo de final a final resultando en una seal continua, sin discontinuidades en las uniones. Por esto copiando el final de un smbolo y pegando este al principio resulta en un smbolo mas largo en el tiempo. La Figura 3.2 muestra la insercin de un periodo de guarda.

Figura 3.2. Adicin de un periodo de guarda a una seal OFDM

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La longitud total del smbolo es FFTGsTTT += donde

sT es la longitud total del

smbolo en muestras, GT es la longitud del periodo de guarda en muestras, y

FFTT es el tamao de la IFFT (La Transformada Inversa Rpida de Fourier) usado para generar la seal OFDM, al insertar el periodo de guarda se introduce tambin una perdida en la relacin seal a ruido SNR y se incrementa la necesidad de anchote banda, las perdidas en la SNR estn dadas por:

Y la expansin del ancho de banda esta dado por:

Adems de proteger la seal OFDM de la Interferencia Inter Smbolo, el periodo de guarda tambin provee proteccin contra los errores por offset de tiempo en el receptor. 3.5 NIVEL DE ENLACE PARA PLC En el diseo de MAC (Medium Access Control) es necesario tener principalmente dos cosas en cuenta: no hay lmite de distancia entre dos nodos. dos nodos pueden transmitir simultneamente. Estos inconvenientes podran ser subsanados implementando CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) de la misma manera que en Ethernet. Aunque es mas ampliamente usado CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) tomado de IEEE 802.11. Dadas las caractersticas del medio y de la red de PLC, lo mejor sera utilizar el mismo que en redes inalmbricas, Nivel de enlace CSMA/CA, en la que se trata de evitar la colisin de la trama.

4. ESTNDARES Y NORMAS DEL PLC

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Se pueden distinguir tres aspectos regulatorios que afectan al PLC: regulaciones tcnicas, de servicio y organizativas. El primero se ocupa bsicamente de lo relativo a la compatibilidad electromagntica con otros servicios. La situacin se puede resumir en el principio general de que el ltimo que llega, en este caso el PLC, no debe interferir con ninguno de los servicios existentes (radiodifusin y radio aficin) y debe cuidarse que las interferencias de estos servicios no le afecten. La elaboracin de un marco legal y protocolos de estandarizacin necesitan que los cuerpos regulatorios encuentren un balance entre los intereses de los usuarios de la tecnologa existente y los de las tecnologas que estn por salir. La importancia de que se logre una normatividad adecuada para la tecnologa PLC permitir el desarrollo comercial de la Internet de banda ancha con las menores restricciones posibles, mientras se protegen otros intereses en especial los servicios de radio, ya que las frecuencias a las que funciona el PLC hacen que las redes elctricas se comporten como antenas que perturban an mas el ya contaminado espectro electromagntico. 4.1 GRUPOS DE TRABAJO Y FOROS DEL PLC Prueba de la madurez y posibilidades de PLC es el inters que en l ha demostrado la industria, y la creacin de grupos de trabajo y foros que como el PLCforum apoyan y fomentan el desarrollo y la normalizacin de esta tecnologa. Actualmente los grupos ms importantes que existen son: el PLCforum, la Universal Powerline Association (UPA), la PLC Utilities Alliance (PUA) y la HomePlug Alliance. En Alemania, recientemente el regulador (RegTP) aprob la norma NB30

que facilita el despliegue de las redes PLC.

4.1.1 PLCforum (www.plcforum.com): Es una organizacin internacional que representa los intereses de fabricantes, compaas elctricas y desarrolladores implicados en la tecnologa PLC. Su mbito de trabajo es mayoritariamente europeo, y posiciona el PLC como una tecnologa efectiva de acceso. Fue creado en Interlaken (Suiza) a principios del ao 2000, por la unin del Internacional Power Line Telecommunications Forum y el German Powerline Telecommunications Forum. Desde su creacin, el nmero de miembros e invitados ha incrementado hasta sobrepasar los sesenta.

4.1.2 UPA (Universal Powerline Association). Es una asociacin internacional sin nimo de lucro que trabaja para consensuar estndares globales y normativas regulatorias para el mercado PLC. La UPA est formada por un grupo de compaas lderes en la tecnologa PLC, unidas por el objetivo de desarrollar productos certificados que sean compatibles con las

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especificaciones acordadas para situarlos en el mercado en el menor tiempo posible, a la vez que se garanticen altas prestaciones y se maximice el uso del espectro de acceso con las aplicaciones para transmisin de seales audiovisuales, y datos sobre PLC en el entorno residencial, de manera que salgan beneficiados todas las partes que forman la cadena de valor de la tecnologa PLC.

La UPA incluye entre sus miembros a una representacin muy destacada de las empresas ms importantes a nivel mundial en la industria PLC como Ambient Corporation, Ascom, Corinex Communications, DS2, Itochu, Sumitomo y Toyoco.

4.1.3 PUA. El objetivo de la PLC Utilities Alliance (PUA) es conseguir un alto nivel de cooperacin entre las compaas elctricas para promover e influenciar el desarrollo de la industria PLC en Europa. La misin de la PUA es crear un marco regulatorio y de estandarizacin que soporte el desarrollo de industria PLC y que establezca la tecnologa PLC como una de las polticas prioritarias para el despliegue de Redes de Banda Ancha en la unin Europea.

Fue fundada en Enero del 2002 por Iberdrola, Enel, EDF, EnBW y Endesa, a las que luego se unieron EdP, Unin FENOSA y EEF-FEW. La PUA est trabajando en base a tres grupos de trabajo:

El Grupo de trabajo de Estandarizacin y Regularizacin, encargado del desarrollo de un marco regulatorio.

El Grupo de Trabajo para el Conocimiento y la Promocin, encargado de promocionar la tecnologa PLC en la Unin Europea y en Amrica del Norte.

El Grupo de trabajo para Estndares Abiertos, encargado de desarrollar un estndar abierto para la interoperabilidad de los sistemas PLC de diversos fabricantes.

4.1.4 HomePlug. El consorcio Homeplug aborda los problemas de interoperabilidad, mediante la definicin de modos de modulacin y protocolos de acceso al medio en el dominio de acceso de primera milla y su misin es adoptar e implementar estndares basados en redes y productos enfocados en los aspectos de PLC en el hogar.

HomePlug ha editado su especificacin de interfaz basada en la tcnica de modulacin OFDM, pero el espectro de trabajo de las especificaciones HomePlug est comprendido entre los 4,3 y los 20,9 MHz y la capacidad de transmisin situada esta en los 14 Mbps. El enfoque completamente Indoor que ha estado siguiendo no contempla la separacin de bandas de frecuencia, lo que aleja a HomePlug de la tendencia normativa que actualmente se promueve en Europa, es decir interfiere con las bandas definidas por ETSI.

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4.1.5 Protocolo HomePlug 1.0. En junio de 2001 miembros de HomePlug Alliance realizaron pruebas de campo en ms de 500 hogares de Norte Amrica, basados en dicha prueba terminaron la especificacin HomePlug 1.0. El protocolo HomePlug 1.0 usa la capa fsica (PHY) y esta